先天性心臟病術后腦損傷生物標志物的研究進展

夏良鋒，安永

（重慶醫(yī)科大學附屬兒童醫(yī)院胸心外科/兒童發(fā)育疾病研究教育部重點實驗室/國家兒童健康與疾病臨床醫(yī)學研究中心/兒童發(fā)育重大疾病國家國際科技合作基地/兒科學重慶市重點實驗室，重慶 400014）

0 引言

與心臟手術（CS）相關的神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥（NC）很常見（6.1%），在成人和兒科人群中都會導致發(fā)病率和死亡率的大幅增加[1,2]。盡管外科技術、體外循環(huán)（CPB）系統(tǒng)和心臟手術（CS）患者的臨床管理有所進步，圍手術期并發(fā)癥仍然影響中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)。一項國外研究指出，在過去十年中，心臟手術術后發(fā)生腦血管意外的總風險已從3.3%降至1.3%。然而，在心臟手術術后數(shù)月內(nèi)，40%的患者仍出現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥[1]。術后神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥的發(fā)生是由于手術相關因素（栓塞或低灌注）對易受損傷的神經(jīng)組織造成的繼發(fā)性神經(jīng)元損傷所致。圍手術期的高熱、高血糖和全身炎癥反應等可促使發(fā)生腦損傷。實施的心臟手術類型（冠狀動脈、瓣膜或聯(lián)合）、更復雜的升主動脈和主動脈弓手術和/或應用的手術技術（是否使用CPB、主動脈阻斷時間、搭橋等）對術后發(fā)生腦損傷有直接影響[3]。例如，是否使用體外循環(huán)及其使用時間、體循下的血流動力穩(wěn)態(tài)對術后神經(jīng)功能結果至關重要。

大多數(shù)作者認同術后發(fā)生腦損傷是多因素導致的這一觀點[4]。臨床神經(jīng)學表現(xiàn)取決于受損區(qū)域的范圍，范圍從智力和認知功能的細微變化（記憶和行為障礙），到術后的遲醒、精神運動興奮、昏迷、抽搐、運動性輕癱甚至持續(xù)昏迷。Basel RamLawi等[5]的研究將其分為兩類：第一類包括主要的局灶性神經(jīng)事件、意識障礙和昏迷，通常由術中低灌注或栓塞現(xiàn)象引起的可識別的腦缺氧引起；2型表現(xiàn)為無局灶性損傷的證據(jù)下出現(xiàn)整體認知缺陷，如智力減退、記憶力下降和精神錯亂，且2型的病因尚不清楚，可能是多因素的；如缺氧、體外循環(huán)時間、年齡、手術類型、術前肌酐水平，圍手術期炎癥反應與其病理生理有關。最后，CS后的這些并發(fā)癥導致醫(yī)療支出增加，包括住院時間增加和進一步的康復計劃[6]。

1 S100B蛋白

S100B蛋白是一種具有同源二聚體結構蛋白（21 kDa），屬于鈣介導蛋白（S100蛋白）的多基因家族成員。S100B二聚體對中樞神經(jīng)系統(tǒng)具有特異性，S100a存在于心臟和主動脈中[7]。S100B具有細胞內(nèi)和細胞外靶點，對膠質(zhì)細胞、神經(jīng)元和小膠質(zhì)細胞具有自分泌和旁分泌作用。這種蛋白在中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后由星形膠質(zhì)細胞表達并分泌到腦脊液（CSF）中，目前被作為全身血腦屏障（BBB）功能障礙的標志物[8]。然而，其確切功能仍然是未知的。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)梗死、創(chuàng)傷或中毒性損傷后，可觀察到血清和腦脊液中S100B水平升高[9,10]。值得注意的是，血清S100B濃度似乎受到年齡、性別、慢性高血壓、心臟切開抽吸或血液回收機的使用、體循或非體循手術以及檢測方法的影響[11-13]。體外循環(huán)期間和之后S100B蛋白的釋放與年齡和灌注時間呈正相關[12]。

2 神經(jīng)元特異性烯醇化酶

神經(jīng)元特異性烯醇化酶（neuron specific enolase,NSE）是一種參與糖酵解過程的二聚體酶，分布于神經(jīng)元和神經(jīng)內(nèi)分泌細胞中[7]。血清和腦脊液中均可檢測出NSE。動物實驗表明，腦皮質(zhì)損傷后NSE升高[14]。NSE可有效預測心臟驟停后的神經(jīng)功能結局和存活率[15,16]。在反復嚴重頭部創(chuàng)傷和顳葉癲癇患者中NSE也會增加[17-19]。在缺血性中風患者中，NSE的釋放與神經(jīng)功能結果和梗死體積相關[20]。體外循環(huán)心臟手術期間血清和腦脊液NSE濃度升高，術后24h恢復到基線值[21]。NSE存在于紅細胞和血小板中；因此，CPB期間的溶血和心臟切開抽吸可能導致NSE釋放[22]。較低的溫度可能會加重這種影響，因為在輕度或深低溫體外循環(huán)的心臟手術中，NSE濃度比常溫體外循環(huán)更容易增加[7]。NSE的起源一直受到質(zhì)疑；然而，一項早期研究表明，CPB期間腦脊液中NSE的濃度增加[23]。術后神經(jīng)認知功能障礙與血清NSE水平之間存在顯著相關性[11]。但在主動脈瓣置換術患者中，NSE、磁共振成像病變與預后之間沒有相關性[24]。

3 Tau蛋白

Tau蛋白是一種穩(wěn)定軸突微管的微管相關蛋白，存在于大腦和脊髓中。Tau的磷酸化與神經(jīng)死亡相關，并且在阿爾茨海默?。ˋlzheimer’s disease，AD）等神經(jīng)退行性疾病中觀察到[7]。AD患者的腦脊液中磷酸化Tau增加，可能有作為術后神經(jīng)功能結果的標志物的潛能[25]。心臟手術圍手術期Tau蛋白升高，但其濃度可能不受心臟切開抽吸和使用血液回收機影響。一項研究發(fā)現(xiàn)，Tau蛋白水平在術后6h達到峰值，并在術后第4天恢復到基線水平[26]。重要的是，術后認知障礙的患者的血清Tau水平較高[27]。

4 金屬蛋白酶

金屬蛋白酶（Met alloproteases，MMPs）是一種鋅依賴性內(nèi)肽酶，能降解所有細胞外基質(zhì)蛋白。MMPs可分為多個亞型，其中MMP-9被認為是血腦屏障功能障礙的標志物，因為白細胞釋放這種肽后導致血管水腫[7]。重要的是，在滲漏的血管周圍MMP-9的表達是增加的[28]。腦卒中患者早期MMP-9濃度達到峰值[29]。此外，術后MMP-9的增加代表全身炎癥反應、動脈粥樣硬化斑塊操縱引起的局部蛋白釋放、微栓塞或短暫缺血導致血腦屏障損傷[30]。在發(fā)生術后認知障礙的患者中發(fā)現(xiàn)術前該指標更高可能提示代表存在更高基線水平的炎癥狀態(tài)或與亞臨床血腦屏障功能障礙相關的無癥狀缺血區(qū)域，說明術前MMP-9更高水平的無癥狀患者比無高水平MMP-9的患者更多出現(xiàn)神經(jīng)影像學上的腦損害[31]。

5 泛素C末端羥化酶-L1

泛素C末端羥化酶-L1（Ubiquitin C terminal hydroxylase-L1，UCH-L1）是一種高度特異性的神經(jīng)元蛋白，主要分布在灰質(zhì)的胞體周圍，其分子量約為24kda，其催化功能與中樞神經(jīng)系統(tǒng)中移除錯誤折疊和氧化的蛋白有關[32]。與NSE和S100B相比，UCH-L1只有少量來自其他組織，如睪丸，這使其成為中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷的特異生物標志物[33]。在蛛網(wǎng)膜下腔出血（SAH）患者的腦脊液中也檢測到UCH-L1。在蛛網(wǎng)膜下腔出血后的第二周內(nèi)，其濃度一直升高，且超過該濃度后，與S100B峰值相關[34]。一項研究發(fā)現(xiàn)，在深低溫停循環(huán)組患兒的UCHL1水平迅速升高，表明其有可能作為神經(jīng)損傷的標志物[35]。

6 神經(jīng)膠質(zhì)纖維酸性蛋白

神經(jīng)膠質(zhì)纖維酸性蛋白（Glial fibrillary acidic protein，GFAP）是星形膠質(zhì)細胞中來自中間絲細胞骨架的單體蛋白（40-53kDa），參與星形膠質(zhì)細胞增殖、突觸可塑性、谷氨酸穩(wěn)態(tài)、神經(jīng)突起生長、髓鞘形成等過程[36]，其存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)、周圍神經(jīng)系統(tǒng)及在非神經(jīng)細胞、肌上皮細胞、軟骨細胞和成纖維細胞、心臟瓣膜和淋巴細胞中[37,38]。對血清GFAP的研究應考慮先前或心臟手術導致肝損傷的影響，因為肝星狀細胞與星形膠質(zhì)細胞具有共同的特征，可能是污染源[39]。嚙齒類動物腦缺血和神經(jīng)毒性損傷的實驗模型已經(jīng)證明膠質(zhì)纖維酸性蛋白在星形膠質(zhì)細胞增生中增加，這一事實支持膠質(zhì)纖維酸性蛋白濃度作為腦損傷的敏感標志物的使用[40]。GFAP已在其他急性腦損傷疾?。ㄖ酗L、TBI、蛛網(wǎng)膜下腔出血）中進行了研究，觀察到所有病例中的生物標志物水平均增加[41]。一項先天性心臟手術領域的前瞻性觀察研究[42]發(fā)現(xiàn)在接受體外循環(huán)修復先天性心臟異常的兒童中觀察到GFAP顯著增加，且觀察到GFAP濃度與旁路時間、主動脈阻斷時間和心臟手術中使用的低溫呈正相關，可推測GFAP可能是心臟手術后急性腦損傷的特異性生物標志物。

7 神經(jīng)絲

神經(jīng)絲（Neurofilaments，NF）參與構成最豐富的神經(jīng)細胞骨架蛋白，由整合在神經(jīng)元和軸突細胞骨架結構中的不同亞單位組成，廣泛參與同其他細胞骨架成分相互作用[43]。Nf容易在許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病中積聚[44]。高分子量神經(jīng)絲亞單位（pNfH）的次磷酸化形式增加其對蛋白酶分解的抵抗力，使其容易被檢測到并可用作生物標志物[45]。Siman等[46]的初步研究將pNFH作為急性腦損傷的一種新標志物。與UCH-L1一樣，pNFH水平在建立循環(huán)或主動脈阻斷后12～36h內(nèi)均勻升高。

此外，在神經(jīng)危重癥患者的研究中，髓鞘堿性蛋白[47]、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子、腎上腺髓質(zhì)素、激活素A等生物標志物也反應腦損傷的情況,但目前尚缺乏足夠的證據(jù)說明其與心臟術后相關[48]。

8 結語

目前有關圍手術期神經(jīng)相關生物標志物的研究已取得一定進展。遺憾的是，尚未出現(xiàn)可以用于推薦的完全適用于心臟術后腦損傷的生物標志物的統(tǒng)一意見。有的腦損傷發(fā)生后其癥狀可能是多變或不典型的，不同研究之間在診斷時缺乏共識，即使都實施類似的心臟手術，但個體差異也可能是其變化的原因。腦損傷生物標志物可為醫(yī)師提供體術后發(fā)生腦損傷的客觀數(shù)據(jù)，為是否采取相關腦保護措施提供依據(jù)；其次，也可以作為了解發(fā)生腦損傷嚴重程度等相關研究提供新的方向。